(57)【要約】【課題】使用する材料によらずに、ギャップを精度良く制御することが可能なマイクロレンズの製造方法を提供する。【解決手段】平坦化膜２上にレジスト材料膜３ａのパターンを形成するパターン形成工程と、後の加熱工程の加熱時におけるレジスト材料膜３ａの変形度合いを制御するためのオーバーコート膜４ａを、レジスト材料膜３ａを覆って形成するオーバーコート膜形成工程と、オーバーコート膜形成工程後、オーバーコート膜４ａを加熱するオーバーコート膜加熱工程と、オーバーコート膜加熱工程後、レジスト材料膜３ａを加熱して凸型のレンズ形状に変形させる加熱工程とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦面上にマイクロレンズ材料膜のパターンを形成するパターン形成工程と、前記マイクロレンズ材料膜を加熱して凸型のレンズ形状に変形させる加熱工程とを含むマイクロレンズの製造方法であって、
前記加熱工程より前に、
前記加熱工程の加熱時における前記マイクロレンズ材料膜の変形度合いを制御するためのオーバーコート膜を、前記マイクロレンズ材料膜を覆って形成するオーバーコート膜形成工程と、
前記オーバーコート膜を加熱するオーバーコート膜加熱工程とを含むマイクロレンズの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のマイクロレンズの製造方法であって、
前記加熱工程より前に、前記マイクロレンズ材料膜を加熱して、前記マイクロレンズ材料膜を変形させておくプレ加熱工程を含み、
前記オーバーコート膜形成工程と前記オーバーコート膜加熱工程を、前記プレ加熱工程と前記加熱工程の間に行うマイクロレンズの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のマイクロレンズの製造方法であって、
前記オーバーコート膜加熱工程時の加熱条件は、前記オーバーコート膜で覆われている前記マイクロレンズ材料膜が変形しない程度の条件に設定するマイクロレンズの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか記載のマイクロレンズの製造方法であって、
前記加熱工程後、前記オーバーコート膜を除去するオーバーコート膜除去工程を含むマイクロレンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平坦面上にマイクロレンズ材料膜のパターンを形成するパターン形成工程と、前記マイクロレンズ材料膜を加熱して前記マイクロレンズ材料膜を凸型のレンズ形状に変形させる加熱工程とを含むマイクロレンズの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子等に搭載されるマイクロレンズは、一般に、カラーフィルタ上に平坦化膜を形成した後、この平坦化膜上に透明樹脂等のレジスト材料のパターンを形成し、このレジスト材料を加熱して凸型のレンズ形状に変形させることで製造される。近年の固体撮像素子の微細化に伴い、マイクロレンズ間のギャップを狭くすることが求められており、上記レジスト材料を加熱した際のレジスト材料の変形度合いを精度良く制御する技術が求められている。
【０００３】
このような技術として特許文献１に開示されたものがある。特許文献１に開示されたマイクロレンズの製造方法では、平坦化膜上に透明樹脂等のレジスト材料のパターンを形成した後、このレジスト材料をオーバーコート層で覆った状態で加熱してレンズ形状に変形させることで、マイクロレンズ間のギャップを精度良く制御可能にしている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３１７５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法では、レジスト材料とオーバーコート材料の組み合わせによっては、双方の間で化学干渉が起こってしまう場合があり、この場合、マイクロレンズ間のギャップを精度良く制御することが難しい。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、使用する材料によらずに、ギャップを精度良く制御することが可能なマイクロレンズの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のマイクロレンズの製造方法は、平坦面上にマイクロレンズ材料膜のパターンを形成するパターン形成工程と、前記マイクロレンズ材料膜を加熱して凸型のレンズ形状に変形させる加熱工程とを含むマイクロレンズの製造方法であって、前記加熱工程より前に、前記加熱工程の加熱時における前記マイクロレンズ材料膜の変形度合いを制御するためのオーバーコート膜を、前記マイクロレンズ材料膜を覆って形成するオーバーコート膜形成工程と、前記オーバーコート膜を加熱するオーバーコート膜加熱工程とを含む。
【０００８】
この方法により、マイクロレンズ材料とオーバーコート材料の組み合わせによらずに、マイクロレンズ間のギャップを精度良く制御することが可能となる。
【０００９】
本発明のマイクロレンズの製造方法は、前記加熱工程より前に、前記マイクロレンズ材料膜を加熱して、前記マイクロレンズ材料膜を変形させておくプレ加熱工程を含み、前記オーバーコート膜形成工程と前記オーバーコート膜加熱工程を、前記プレ加熱工程と前記加熱工程の間に行う。
【００１０】
本発明のマイクロレンズの製造方法は、前記オーバーコート膜加熱工程時の加熱条件を、前記オーバーコート膜で覆われている前記マイクロレンズ材料膜が変形しない程度の条件に設定する。
【００１１】
本発明のマイクロレンズの製造方法は、前記加熱工程後、前記オーバーコート膜を除去するオーバーコート膜除去工程を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、使用する材料によらずに、ギャップを精度良く制御することが可能なマイクロレンズの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の実施形態では、固体撮像素子に搭載されるマイクロレンズの製造方法を例にして説明する。
【００１４】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態を説明するためのマイクロレンズの製造方法を示す断面工程図である。
固体撮像素子のカラーフィルタ１までを公知の方法で製造した後、カラーフィルタ１の上に透明樹脂等からなる平坦化膜２を形成する。平坦化膜２は、カラーフィルタ１表面の微小な凹凸を解消する。次に、平坦化膜２上に、マイクロレンズ材料としてエキシマレーザ又は紫外線露光用のレジスト材料を塗布してレジスト材料膜を形成し、紫外領域の光による露光及び現像を行って、矩形のレジスト材料膜３ａのパターンを形成する（パターン形成工程：図１（Ａ））。矩形のレジスト材料膜３ａは、固体撮像素子の光電変換素子の開口部上方に形成される。
【００１５】
次に、矩形のレジスト材料膜３ａ上に、後の加熱工程での加熱によるレジスト材料膜３ａの変形度合いを制御するためのオーバーコート材料を塗布し、矩形のレジスト材料膜３ａを覆ったオーバーコート膜４ａを形成する（オーバーコート膜形成工程：図１（Ｂ））。オーバーコート材料としては、水溶性樹脂や界面活性剤等を含む膜厚３００〜５０００Å程度の回転塗布が可能な水溶性有機材料であることが望ましい。
【００１６】
オーバーコート膜は、その厚さを変化させることにより、加熱されたときの膜中の応力が変化する。特に、膜厚方向の変化の度合いは大きい。このため、オーバーコート膜の塗布膜厚を制御することで、レジスト材料膜３ａを加熱したときのレジスト材料膜３ａの変形度合いを細かく制御することができる。
【００１７】
次に、オーバーコート膜４ａを加熱する（オーバーコート膜加熱工程：図１（Ｃ））。この加熱後のオーバーコート膜をオーバーコート膜４ｂとする。このオーバーコート膜加熱工程は、オーバーコート膜４ａの膜質安定化、及び、オーバーコート膜４ａと矩形のレジスト材料膜３ａとのインターミキシング等の化学干渉を防止するためのものである。この時の加熱条件（加熱温度及び加熱時間）は、矩形のレジスト材料膜３ａが熱溶融によって変形しない程度に設定する。
【００１８】
次に、矩形のレジスト材料膜３ａを加熱して、矩形のレジスト材料膜３ａを凸型のレンズ形状に変形させる（加熱工程：図１（Ｄ））。これにより、凸型のレンズ形状のレジスト材料膜３ｂが形成される。この加熱工程では、オーバーコート膜４ｂの熱溶融制御作用により、レジスト材料膜３ａの変形度合いが制御されるため、レジスト材料膜３ａが変形し過ぎて、隣接するレジスト材料膜３ａ同士がくっついてしまうといったことを抑制することができ、レジスト材料膜３ｂ同士のギャップを精度良く形成することができる。又、隣接するレジスト材料膜３ｂ同士の境界付近の曲率をオーバーコート膜４ｂの熱溶融制御作用によって制御することが可能なため、加熱工程後に形成されるマイクロレンズの光学的素子分解能を容易に向上させることができる。
【００１９】
又、レジスト材料とオーバーコート材料の組み合わせによっては、この加熱工程において、オーバーコート膜とレジスト材料膜との間で化学干渉が発生する場合があるが、本実施形態では、オーバーコート膜加熱工程においてオーバーコート膜４ａを加熱してあるため、化学干渉の発生は抑えられる。この結果、レジスト材料とオーバーコート材料の組み合わせによらず、隣接するレジスト材料膜３ｂ間のギャップを精度良く形成することができる。
【００２０】
次に、純水等の溶液でリンス処理を行ってオーバーコート膜４ｂを除去後、例えばレジスト材料膜３ｂの表面部分にイオン注入を行って硬化させることにより、マイクロレンズ３ｃを形成する（図１（Ｅ））。
【００２１】
このように、本実施形態の製造方法によれば、レジスト材料膜をオーバーコート膜で覆って加熱した後、レジスト材料膜を加熱して変形させてマイクロレンズを形成するため、レジスト材料とオーバーコート材料の組み合わせによらず、マイクロレンズ間のギャップを高精度に制御することができ、極めて微細なレンズ間ギャップ（例えばギャップが０〜０．２μｍ）を有するマイクロレンズの製造が可能となる。これにより、固体撮像素子の実効的な開口面積を向上させ、感度等の光学特性のより優れた固体撮像素子を製造することが可能となる。
【００２２】
（第二実施形態）
図２は、本発明の第二実施形態を説明するためのマイクロレンズの製造方法を示す断面工程図である。図２において図１と同様の構成には同一符号を付してある。
図１（Ａ）と同様の方法で、平坦化膜２上に、矩形のレジスト材料膜３ａのパターンを形成する（パターン形成工程：図２（Ａ））。
【００２３】
次に、矩形のレジスト材料膜３ａを加熱し、凸型のレンズ形状に変形させておく（プレ加熱工程：図２（Ｂ））。これにより、凸型のレンズ形状のレジスト材料膜３ｄが形成される。このプレ加熱工程は、レジスト材料膜３ａが後の加熱工程で熱溶融しやすくするために行うものであり、その加熱温度は、後の加熱工程での加熱温度よりも低温に設定する。
【００２４】
次に、矩形のレジスト材料膜３ｄ上に、後の加熱工程での加熱によるレジスト材料膜３ｄの変形度合いを制御するためのオーバーコート材料を塗布し、矩形のレジスト材料膜３ｄを覆ったオーバーコート膜４ｃを形成する（オーバーコート膜形成工程：図２（Ｃ））。オーバーコート材料としては、水溶性樹脂や界面活性剤等を含む膜厚３００〜５０００Å程度の回転塗布が可能な水溶性有機材料であることが望ましい。
【００２５】
オーバーコート膜は、その厚さを変化させることにより、加熱されたときの膜中の応力が変化する。特に、膜厚方向の変化の度合いは大きい。このため、オーバーコート膜の塗布膜厚を制御することで、レジスト材料膜３ｄを加熱したときのレジスト材料膜３ｄの変形度合いを細かく制御することができる。
【００２６】
次に、オーバーコート膜４ｃを加熱する（オーバーコート膜加熱工程：図２（Ｄ））。この加熱後のオーバーコート膜をオーバーコート膜４ｄとする。このオーバーコート膜加熱工程は、オーバーコート膜４ｃの膜質安定化、及び、オーバーコート膜４ｃと矩形のレジスト材料膜３ｄとのインターミキシング等の化学干渉を防止するためのものである。この時の加熱条件（加熱温度及び加熱時間）は、矩形のレジスト材料膜３ｄが熱溶融によって変形しない程度に設定する。
【００２７】
次に、矩形のレジスト材料膜３ｄを加熱して、矩形のレジスト材料膜３ｄを最終的に形成したい凸型のレンズ形状に変形させる（加熱工程：図２（Ｅ））。これにより、凸型のレンズ形状のレジスト材料膜３ｅが形成される。この加熱工程では、オーバーコート膜４ｄの熱溶融制御作用により、レジスト材料膜３ｄの変形度合いが制御されるため、レジスト材料膜３ｄが変形し過ぎて、隣接するレジスト材料膜３ｄ同士がくっついてしまうといったことを抑制することができ、レジスト材料膜３ｅ同士のギャップを精度良く形成することができる。
【００２８】
又、レジスト材料とオーバーコート材料の組み合わせによっては、この加熱工程において、オーバーコート膜とレジスト材料膜の間で化学干渉が発生する場合があるが、本実施形態では、オーバーコート膜加熱工程においてオーバーコート膜４ｃを加熱してあるため、化学干渉の発生は抑えられる。この結果、レジスト材料とオーバーコート材料の組み合わせによらず、レジスト材料膜３ｅ同士のギャップを精度良く形成することができる。
【００２９】
次に、純水等の溶液でリンス処理を行ってオーバーコート膜４ｄを除去後、例えばレジスト材料膜３ｅの表面部分にイオン注入を行って硬化させることにより、マイクロレンズ３ｆを形成する（図２（Ｆ））。
【００３０】
このように、本実施形態の製造方法によれば、レジスト材料膜をオーバーコート膜で覆って加熱した後、レジスト材料膜を加熱して変形させてマイクロレンズを形成するため、レジスト材料とオーバーコート材料の組み合わせによらず、マイクロレンズ間のギャップを高精度に制御することができ、極めて微細なレンズ間ギャップ（例えばギャップが０〜０．２μｍ）を有するマイクロレンズの製造が可能となる。これにより、固体撮像素子の実効的な開口面積を向上させ、感度等の光学特性のより優れた固体撮像素子を製造することが可能となる。
【００３１】
又、本実施形態の製造方法によれば、レジスト材料膜を一度低温で加熱して変形させておいてから、後の加熱工程で最終的な形状に変形させているため、第一実施形態よりも容易に、微細なレンズ間ギャップを形成することができる。
【００３２】
又、本実施形態の製造方法は、レジスト材料膜を一度低温で加熱して変形させておくため、レジスト材料が、ＰＨＳ系樹脂等の熱溶融制御性の低いエキシマレーザ対応のレジスト材料等の場合に特に好適である。解像力の高いエキシマレーザによる露光を用いることにより、より微細なレンズ間ギャップを容易に形成することが可能である。
【００３３】
以下、本発明の効果を実施例と比較例によって説明する。
図３は、実施例１と比較例１の実験データ及び結果を示す図である。
実施例１では、第一実施形態で説明した製造工程でマイクロレンズを製造し、比較例１では、第一実施形態で説明した製造工程のうちのオーバーコート膜加熱工程を省略した製造工程でマイクロレンズを製造した。図３に示したように、比較例１では、レジスト材料とオーバーコート材料との間で化学干渉が発生してしまい、加熱工程後、隣接するレジスト材料膜同士がくっついてしまい、レジスト材料をレンズ形状にすることができなかった。これに対し、実施例１では、レンズ間ギャップが０．００μｍのギャップレスマイクロレンズを形成することができており、本実施形態のようにオーバーコート膜加熱工程を追加することで、レンズ間ギャップを高精度に制御できることが証明された。
【００３４】
図４は、実施例２と比較例２の実験データ及び結果を示す図である。
実施例２では、第二実施形態で説明した製造工程でマイクロレンズを製造し、比較例２では、第二実施形態で説明した製造工程のうちのオーバーコート膜加熱工程を省略した製造工程でマイクロレンズを製造した。図４に示したように、比較例２では、レジスト材料とオーバーコート材料との間で化学干渉が発生してしまい、加熱工程後、隣接するレジスト材料膜同士がくっついてしまい、レジスト材料をレンズ形状にすることができなかった。これに対し、実施例２では、レンズ間ギャップが０．００μｍのギャップレスマイクロレンズを形成することができており、本実施形態のようにオーバーコート膜加熱工程を追加することで、レンズ間ギャップを高精度に制御できることが証明された。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第一実施形態を説明するためのマイクロレンズの製造工程を示す図
【図２】本発明の第二実施形態を説明するためのマイクロレンズの製造工程を示す図
【図３】実施例１と比較例１の実験データ及び結果を示す図
【図４】実施例２と比較例２の実験データ及び結果を示す図
【符号の説明】
【００３６】
１  カラーフィルタ
２  平坦化膜
３ａ  レジスト材料膜
３ｂ  凸型のレンズ状に変形したレジスト材料膜
３ｃ  マイクロレンズ
４ａ  オーバーコート膜
４ｂ  加熱後のオーバーコート膜
【図１】
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【図２】
2006344734.tif 000004
【図３】
2006344734.tif 000005
【図４】
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